Caracterización fisiológica y molecular de reguladores de splicing alternativo y su rol en la germinación de las semillas de Arabidopsis thaliana

• Autores: Cartagena, Carla Milena
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Petrillo, Ezequiel; Tognacca, Rocío Soledad
• Materia: SEMILLAS; GERMINACION; DORMICION; LUZ; TEMPERATURA; SPLICING ALTERATIVO; ARABIDOPSIS THALIANA; POST-MADURACION; SEEDS; GERMINATION; DORMANCY; LIGHT; TEMPERATURE; ALTERNATIVE SPLICING; ARABIDOPSIS THALIANA; AFTER-RIPENING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las señales ambientales como la luz y la temperatura modulan la expresión génica de la planta, afectando el transcriptoma. El splicing alternativo (SA) modula significativamente el transcriptoma, y hasta cierto punto el proteoma, durante el desarrollo y en respuesta a señales ambientales. La regulación del SA depende del nivel de expresión y la modificación postraduccional de proteínas ricas en serina/arginina (SR) y otros factores de splicing. Nuestro grupo de trabajo demostró que, cuando las semillas de Arabidopsis thaliana reciben un pulso de luz roja (Rp), se altera el patrón de SA de 226 genes asociados con el procesamiento del ARNm, el splicing del ARN y procesos metabólicos del ARNm. Entre los genes cuya expresión (y en particular su SA) es modulada por luz se encuentra el factor de splicing At-RS31. Interesantemente, la regulación de los eventos de SA no correlaciona con la intensidad de la respuesta de germinación, sino con la luz de manera más directa, lo que implica que el SA es regulado "río arriba" de la respuesta fisiológica. Esto nos permite hipotetizar que los cambios en SA podrían preceder a, y ser la base de, las respuestas fisiológicas de las semillas (i.e.: germinación). En esta tesis demostramos que la sobre-expresión de la isoforma codificante de At-RS31 (mRNA1) promueve la germinación incluso en condiciones subóptimas de luz y en respuesta al ácido abscísico (ABA). Por otro lado, encontramos que cumple roles tanto en la dormición primaria como en la dormición secundaria. . También fuimos capaces de demostrar que cumple funciones durante otros estadios del ciclo de vida de la planta, como son el establecimiento temprano de las plántulas en condiciones de estrés abiótico y la floración. Tanto la apertura de cotiledones como la aparición de hojas verdaderas en plántulas son reguladas negativamente por la sobreexpresión de mRNA1. Además, tienen un tiempo a floración retrasado respecto al genotipo salvaje Col-0. Destacamos especialmente que durante la germinación, las semillas mRNA1OX son insensibles a la luz, más precisamente, a respuestas de reversibilidad al R/RL, tanto a nivel fisiológico como molecular. A nivel del SA, observamos que esta isoforma anula los cambios en los patrones de splicing de algunos genes aquí evaluados (At-RS31, At-S30, At-U2AF65A y At-HAB1 ) en respuesta a un Rp y un RLp. Globalmente, concluimos que la modificación de los patrones de SA de genes SR como At-RS31 tiene un impacto relevante en la vida de Arabidopsis thaliana. Estas evidencias experimentales sugieren que modular /manipular el splicing alternativo podría alterar caracteres fisiológicos clave del desarrollo de una planta.
Environmental signals such as light and temperature modulate the gene expression of plants, affecting the transcriptome. Alternative splicing (AS) significantly modulates the transcriptome, and to some extent the proteome, during development and in response to environmental signals. The regulation of AS depends on the expression level and post-translational modification of serine/arginine-rich (SR) proteins and other splicing factors. Our research group demonstrated that when Arabidopsis thaliana seeds receive a pulse of red light (Rp), the AS pattern of 226 genes associated with mRNA processing, RNA splicing, and mRNA metabolic processes is altered. Among the genes whose expression (particularly their AS) is modulated by light is the splicing factor At-RS31. Interestingly, the regulation of AS events does not correlate with the intensity of the germination response but rather with light in a more direct manner, implying that AS is regulated upstream of the physiological response. This allows us to hypothesize that changes in AS could precede and form the basis for seed physiological responses (i.e., germination). In this thesis, we demonstrate that the overexpression of the coding isoform of At-RS31 (mRNA1) promotes germination even under suboptimal light conditions and in response to abscisic acid (ABA). On the other hand, we found that it plays roles in both primary and secondary dormancy. We were also able to show that it functions during other stages of the plant's life cycle, such as early establishment of seedlings under abiotic stress conditions and flowering. Both cotyledon opening and true leaf emergence in seedlings are negatively regulated by mRNA1 overexpression. Additionally, they exhibit a delayed flowering time compared to the wild-type Col-0 genotype. It is noteworthy that during germination, mRNA1OX seeds are insensitive to light, specifically to reversibility responses to R/RL, both at the physiological and molecular levels. Regarding AS, we observed that this isoform cancels out changes in the splicing patterns of some genes evaluated here (At-RS31, At-S30, At-U2AF65A and At-HAB1) in response to Rp and RLp. Overall, we conclude that modifying the AS patterns of SR genes such as At-RS31 has a significant impact on the life of Arabidopsis thaliana. These experimental findings suggest that modulating/manipulating alternative splicing could alter key physiological traits in plant development.
Fil: Cartagena, Carla Milena. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.